TEHNOLOGIJA I ZNANOST

Lica se najvjerojatnije formiraju uz pomoć „otpadne DNK“

Lucija Perkov

Matrix World

Izgled lica genetski je predodređen, ipak i dalje ne postoje dva u potpunosti jednaka lica na svijetu. Kako geni kreiraju lica s neznatnim razlikama dok izbjegavaju dramatične deformacije i malformacije lica poput rascijepljenog nepca i rascijepljene gornje usne? Kako posljednje studije pokazuju odgovor leži u otpadnoj DNK.

Otpad koji to nije

Čak i najljepša lica zapravo se formiraju iz otpada.  Oblik lica i lubanje kod miševa precizno je formiran otpadnom DNK, tako prozvanom zato što se primarno smatralo da ne izvršava nijednu funkciju jer ne kodira redoslijed aminokiselina u proteinima. Jednaki DNK-a lanci pronađeni su u ljudskom organizmu, stoga se smatra da upravo oni formiraju ljudska lica.

Ovo otkriće bi moglo pomoći da se otkrije uzrok određenih deformacija poput rascijepljenog nepca, koje se može razviti čak i ako geni koji formiraju lice normalno funkcioniraju.

Premda ljudska lica imaju mnogo varijacija, sličnost članova obitelji je pokazala kako je opći oblik lica kod ljudi genetski predodređen. Genetičari su dosad uspjeli identificirati mali broj gena koji utječu na oblikovanje lica, tako da je količina informacija o oblikovanju vrlo oskudna.

Profesor Alex Visell, voditelj nedavno objavljene studije koja nam je otkrila iznenađujuću važnost navonde "otpadne DNK," usudili bi se reći da priroda ne stvara smeće, a naročito ne u našim genima.

Profesor AxelVisel, voditelj nedavno objavljene studije koja nam je otkrila iznenađujuću važnost navodne “otpadne DNK,” usudili bi se reći da priroda ne stvara smeće, a naročito ne u našim genima.

Prema genetičaru Axelu Viselu i njegovim kolegama iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Berkeley u Kaliforniji, varijacije u sekvenciji DNK kontroliraju se dalekosežnim pojačivačima. Takve kratke DNK sekvence koje se nalaze u nekodirajućim područjima genoma utječu na aktivnost facijalnih gena čak iako su međusobno udaljeni u nizu DNK lanca.

Prema Viselu, pojačivači su 98% ljudskih genoma koji ne kodiraju DNK. Zbog toga se dugo smatralo da su otpadni dio DNK. Kako ugledni genetičar tvrdi, u potpunosti je jasno da ovaj „otpad“ vrši važnu funkciju.

Pojačivači koji formiraju lice

Visel i njegovi kolege koristili su tehniku „optički projicirane tomografije“ koja im je omogućila da projiciraju trodimenzionalni model mišjeg embrija u razvoju i na taj način prikažu kako razvoj gena varira ovisno o području na kojem se nalazi. Na taj način otkriveno je kako je 120 pojačivača aktivno na području na kojem se razvija lice. Kako bi otkrili kako pojačivači djeluju, tim koji je radio na istraživanju odabrao je tri grupe miševa i u svakoj grupi su se nalazili miševi bez jednog od tih pojačivača.

Kad su miševi navršili osam tjedana, usporedili su njihove lubanje i lica s onima od miševa koji su imali sve pojačivače u svojoj DNK. Na taj način su otkrili kako svaki pojačivač ima suptilno djelovanje na formiranje oblika lica. Naprimjer, brisanje jednog pojačivača uzrokovalo je izduženje lica kod miša, dok im je lubanja bila šira i kraća.

Otpadna DNK regulira fini namještanje lica miševa, na slici su to područja označena crvenom bojom.

Otpadna DNK regulira fino namještanje lica miševa, na slici su to područja označena crvenom bojom.

Lavinia Paternoster, genetičarka sa Bristolskog sveučilišta u UK, tvrdi da je ovo vrlo važna studija zato što otkriva koja područja genoma su zadužena za oblik lica.“Studije poput ove će omogućiti da se usredotočimo na područja genoma koja su središta važnih genetskih varijacija, stoga bi to značilo da možemo identificirati ove varijacije na manjim uzorcima nego što je to inače potrebno.“

Međutim, genetičarka smatra kako otpadna DNK nije toliko važna koliko smatra Visel. Do sad je pokazala jednu od nekoliko studija koji su uključeni u identifikaciju gena uključenih u morfologiju lica. Istražila je čitav taj genom na tisuću osoba uključujući i kodirana i nekodirana područja i pronašla je dokaz kako nekodirajuća područja imaju moćan učinak na oblikovanje lica.

Rascjep nepca

Nijedan od njih ne utječe dovoljno značajno na formiranje lica da bi se moglo reći da uzrokuje rascjep nepca, ali nekoliko pojačivača mogu djelovati kao zaseban gen. Ako jedan ili više pojačivača nose mutaciju na sebi njihov cjelokupan učinak može voditi ka dramatičnoj promjeni u formiranju lica.

„Postoje mnogi slučajevi patološke promjene lubanje i lica, uključujući i značajan broj slučajeva s rascjepom usne ili nepca, koji se ne mogu objasniti kao mutacija u proteinskom kodiranju gena.“, nadodaje Visel. „Sudeći prema našim studijama na mišu kao modelu, moguće ja pa čak i vjerojatno da u nekima od ovih slučajeva mutacija u pojačivačima ima važnu ulogu.“

Stoga je možda bolje umjesto da se fokusiramo na mutaciju u genima, više obratimo pozornost na mutaciju u pojačivačima koji utječu na te gene.

„Ovo će nam svakako pomoći da shvatimo podlogu koja uzrokuje određene defekte,  biti će nam od pomoći pri dijagnosticiranju stanja, a moguće je čak da će se takva stanja moći preventivno tretirati.“

Tajna otpadne DNK

Nekodirajući DNK, tzv. otpadni DNK odnosi se na sekvence genoma koje ne proizvode proteine, za neke od njih se prethodno smatralo da ne izvršavaju nikakvu biološku funkciju.

Stručni časopis „Science“ 25.listopada je pisao o tome kako su proučavajući laboratorijske miševe istraživači zamijetili više od 4.000 sitnih područja koja su vjerojatno nekodirajući tip DNK, a nazivaju se pojačivači i njihova je funkcija izražavanje određenih gena  u odnosu na ostale. Na uzorku laboratorijskih miševa pokazalo se da su ova područja ipak bila aktivna dok se na embriju miša razvijalo lice.

Detaljizirani prikaz finog usklađivanja lica, čiji proces kontrolira DNK koju su znanstvenici bez ikakvog prava nazvali "otpad DNK" smatrajući kako nema nikakvu ulogu.

Detaljizirani prikaz finog usklađivanja lica, čiji proces kontrolira DNK koju su znanstvenici bez ikakvog prava nazvali “otpad DNK” smatrajući kako nema nikakvu ulogu.

Većina ovih pojačivača sekvenci pronađena je i u ljudskom organizmu, stoga istraživači smatraju da imaju sličnu funkciju kod ljudi.

„Rezultati našeg istraživanja pokazuju da postoje tisuće takvih pojačivača u ljudskom genomu koji su zaduženi za oblikovanje ljudske lubanje i lica. Još uvijek ne znamo koja je uloga svakog od njih, ali znamo da su bitan segment razvoja ljudskog lica i lubanje.“, tvrdi genetičar Axel Visel.

Da bi se otkrilo da li su ovi pojačivači zaista važni pri formiranju lica, genetičari su odstranili tri pojačivača iz DNK-a pokusnih miševa te ih nakon 8 tjedana usporedili s miševima koji su imali uobičajen DNA. Rezultati su pokazali kako brisanje svakog od tih pojačivača uzrokuje niz različitih promjena u oblikovanju lica i lubanje, npr. promjene vezane za dužinu i širinu lubanje, te razne promjene na nepcu.

Kako bi se izbjeglo individualno prikazivanje mišjeg lica, znanstvenici su koristili metodu mikro kompjuterske tomografije pomoću koje su izrađeni 3D prikazi koji su prikazivali promjene vezane za nedostatak određenog pojačivača.

Bio je pravi izazov identificirati pojačivače koji reguliraju aktivnosti gena, zato što nisu nužno locirani do ciljanog gena, već u većini slučajeva upravljaju genomom na daljinu.

Mnogi genetički defekti koji uzrokuju deformacije lica uključujući i rascjep nepca i gornje usne su identificirani, ali neznatan broj je impliciran u normalnim varijacijama lica, tvrde znanstvenici.

Proučavanje gena iz kojih se razvijaju normalne varijacije lica bi omogućilo genetičarima koji istražuju ljudski organizam uvid u to kako mutacije pojačivača uzrokuju urođene defekte, dodao je na kraju Visel.

Izvori:

Your face may have been sculpted by junk DNA

Face-Shape Secrets May Lie in ‘Junk’ DNA